כאשר אנחנו רוצים לומר על שני דברים שהם שונים מאוד זה מזה או לא מסתדרים יחד, נהוג להגיד שהם “כמו שמן ומים”. וזה באמת נכון: שמן ומים לא מתערבבים, ובעצם ההגדרה האמתית של שמן היא “נוזל אורגני שאינו מתמוסס במים”. אבל למה זה קורה? היום נלמד על כך, ונראה כמה ניסויים ביתיים חמודים שיעזרו לכם ללמד את הילדים – למה שמן ומים לא מתערבבים?
נתחיל.
ניסוי שמן ומים בסיסי
הניסוי הפשוט ביותר הוא הכי אינטואיטיבי – נמזוג מים לתוך כוס ונטפטף לתוכה בעזרת כפית טיפות קטנות של שמן (למתקדמים – ניתן להשתמש בפיפטה).
ניתן לשדרג את הניסוי ולהוסיף למים צבעי מאכל שונים, מה שייתן אפקט צבעוני לכל התהליך.
אפשר להשתמש בכל סוג של שמן – הכי נגיש הוא שמן הבישול הרגיל, אך אנחנו אוהבים להשתמש בשמן תינוקות מכיוון שהוא שקוף – וכאשר צובעים את המים בעזרת צבעי המאכל האפקט שנוצר הרבה יותר מרשים.
התוצאה – טיפות השמן לא יתערבבו עם המים ויצופו על פני הכוס. זו הזדמנות נפלאה לספר לילדים על הסיבה שזה קורה וללמד אותם על המבנה השונה של מולקולות המים ומולקולות השמן, שמונע מהן להתחבר. מהו אותו הבדל? המשיכו לקרוא.
למה שמן ומים לא מתערבבים?
שלא בדומה לחומרים רבים אחרים כמו מיץ פירות, צבעי מאכל או אפילו סוכר ומלח, שמנים אינם מתערבבים עם מים. אבל למה באמת השמן והמים לא מתערבבים או מתמוססים זה בזה? כדי לענות על השאלה, צריך להבין מה זה אומר “להתערבב”.
הסיבה קשורה לתכונות הכימיות של השמן והמים. מולקולות מים מורכבות מאטום חמצן אחד ושני אטומי מימן. בנוסף למבנה הפשוט מאוד הזה, מולקולות המים הן קוטביות, מה שאומר שיש להן מטען חשמלי לא מאוזן – למים מטען שלילי חלקי מאטום החמצן שלהם ומטענים חיוביים חלקיים מאטומי המימן שלהם. התוצאה היא קוטביות, המאפשרת למולקולות המים ליצור קשרי מימן חזקים אחת עם השנייה – בין אטום החמצן הטעון שלילית של מולקולת מים אחת לבין אטומי המימן הטעונים באופן חיובי של מולקולת מים אחרת.
מולקולות אחרות – כמו אלו של מלחים וסוכרים שונים – מסוגלות להתמוסס במים גם הן בזכות אותה קוטביות: המטענים בשני קצות מולקולת המים מסייעים בפירוק המבנים הכימיים של מולקולות אחרות.
לעומת זאת, שמנים אינם קוטביים, וכתוצאה מכך הם אינם נמשכים לקוטביות של מולקולות המים. למעשה, שמנים הם “הידרופוביים” – במילים אחרות, מפחדים ממים, ובמקום להימשך למולקולות המים, מולקולות השמן נדחות על ידן. כתוצאה מכך, כשמוסיפים שמן לכוס מים השניים לא מתערבבים זה עם זה. ומכיוון שהשמן הוא פחות צפוף מהמים, הוא תמיד יצוף על גבי המים.
הסבר חמוד ומדויק יותר ניתן לראות בסרטון הקצר הבא:
ניסוי “ים בתוך בקבוק”
בניסוי הנפלא “ים בתוך בקבוק” שהוצג על ידי מכון דוידסון (הזרוע החינוכית של מכון ויצמן למדע), משתמשים בבקבוק פלסטיק בגודל 1.5 ליטר, אותו ממלאים בשליש מים ובשני שליש שמן. לאחר מכן, מוסיפים לבקבוק מעין “סירה” קטנה המדומה באמצעות חצי אגוז פקאן. אגוז הפקאן עשיר בשמן, והוא גם מכיל מים, מה שנותן לו צפיפות שנמצאת ממש בין זו של השמן לזו של המים – ולכן הוא מתמקם בדיוק בגבול שבין הנוזלים, כמו סירה השטה על הים.
התוצאה היא מעין “ים בתוך בקבוק”, עליו שטה הסירה הקטנה שיצרנו. הניסוי מייצר הזדמנות להסביר שלוש תופעות כימיות שונות: השמן צף על המים, השמן לא מתערבב עם המים והמים שבבקבוק נעים הרבה יותר לאט מהרגיל.
ממליצים שתצפו בסרטון (ובקישור שלמעלה יש פרטים והסברים נוספים):
עוד ניסויים ביתיים
מחפשים עוד ניסויים חמודים שיעזרו לכם ללמד את הילדים משהו חדש תוך כדי פעילות חווייתית? הנה כמה המלצות:
- ניסוי הר געש: כך תיצרו דגם ביתי של הר געש
- איך מכינים מטוס מנייר שטס רחוק? מהנדסי הרווארד גילו את התשובה
וכמובן, אם יש לכם שאלות נוספות, המלצות או סתם בא לכם לדבר אתנו – נשמח לשמוע מכם בתגובות!
